科研团队创新3D打印天线阵列，打造灵活无线通信新纪元

华盛顿州立大学的研究人员开发了一种芯片大小的处理器和3D打印天线阵列，这可能在未来实现灵活和可穿戴的无线系统，并改善在汽车、航空和航天工业应用中的电子通信。

研究人员在期刊 自然通讯 上报道，利用3D打印技术、处理器和由铜纳米颗粒制成的墨水，制作出灵活的天线阵列。

论文的共同第一作者、华盛顿州立大学电气工程与计算机科学学院的博士生Sreeni Poolakkal说：“这个概念验证原型为未来的智能纺织品、无人机或飞机通信、边缘传感等快速发展的领域，提供了强大、灵活和高性能的无线系统。”

航空和汽车等行业希望能够使用3D打印的柔性或可变形的天线阵列，因为它们可能比传统天线阵列更轻、更小且更灵活。因此，比如，无人机就可以装配一层这样的天线。

然而，由于其材料和制造方式，柔性无线系统的制造成本一直很高，且性能也不如传统的天线阵列。比如在可穿戴电子设备中，或者当飞机机翼振动时，它们在移动和弯曲时，天线的形状会发生变化，从而导致信号错误。

由华盛顿州立大学（WSU）领导的团队利用3D打印技术和铜纳米颗粒制成的墨水，研发出在弯曲、潮湿、高温变化和盐分环境下仍能保持稳定的天线。该团队与马里兰大学及波音公司的合作伙伴共同研发了这种基于铜纳米颗粒的墨水。

“墨水在增材制造（即3D打印）中非常重要，”华盛顿州立大学电气工程与计算机科学学院的副教授、该研究的合著者Subhanshu Gupta说。

“我们合作伙伴开发的基于纳米颗粒的墨水在提升高端通信电路性能方面非常有效，就像我们目前的研究一样。”

由于精确的无线通信需要高保真度，研究人员还开发了一种处理器芯片，能够实时纠正天线发出的错误信号。

古普塔说：“我们使用了自己开发的处理器来修正3D打印天线中的材料变形，同时它也能修正我们所观察到的任何振动。”

他说：“能够实时做到这一点让它非常有吸引力。我们成功实现了阵列的稳健实时波束稳定，这是之前无法做到的。”

研究人员设计并测试了一种轻便灵活的四天线阵列，在天线移动和弯曲时，能够成功发送和接收信号。

这些小型天线功耗低，易于扩展，非常适合在设备上应用。因为它们是以瓷砖的形式构建的，阵列设计使得可以构建更大的阵列，并且每个瓷砖上的独立处理器芯片可以独立工作，Gupta 说。

研究人员成功将四个天线阵列组合在一起，总共形成了16个天线。

更多信息： Sreeni Poolakkal 等，动态波束稳定、增材打印的柔性天线阵列，能够快速生成片上洞察，自然通讯期刊（2025）。 DOI: 10.1038/s41467-025-64135-1